單能量技術(shù)結(jié)合ASIR-V算法在疑似新型冠狀病毒肺炎患者行低劑量CT掃描中的應(yīng)用價(jià)值

祁 冬，姜 研，姚傳順，何興義，田 歐，陳冠亞

（安徽省蚌埠市第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，安徽 蚌埠 233000）

新型冠狀病毒肺炎（簡稱新冠肺炎）傳染能力很強(qiáng)，經(jīng)呼吸道飛沫或密切接觸傳播［1-2］，患有慢性基礎(chǔ)疾病的中老年人、孕婦及兒童易感［3］，老年患者若不及時(shí)診斷、治療易延誤病情，導(dǎo)致病情迅速惡化，增加病死率。因此，早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早隔離、早治療對(duì)提高治愈率、降低病死率、改善預(yù)后及控制疫情傳播意義重大。目前診斷新冠肺炎的金標(biāo)準(zhǔn)為新冠病毒病原核酸檢測，但存在檢測時(shí)間相對(duì)較長、生物安全要求高、敏感度低及對(duì)檢測者技術(shù)要求高等缺點(diǎn)［4］，易導(dǎo)致漏診、延誤病情，增加傳播風(fēng)險(xiǎn)。新冠肺炎的肺部CT 表現(xiàn)具有較高的特征性［5］，對(duì)疾病的篩查及輔助診斷有關(guān)鍵作用。但CT 掃描電離輻射危害較大，研究［6］表明，電離輻射與致癌的風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)性，且整個(gè)診療過程中患者需行多次胸部CT 檢查，以判斷治療情況，指導(dǎo)下一步救治方案。低劑量CT 掃描既能得到滿足診斷要求的圖像質(zhì)量，還能降低輻射劑量，目前已被逐漸應(yīng)用于胸部體檢［7］。本研究旨在探討單能量技術(shù)結(jié)合多模型迭代重建（adaptive statistical interative reconstruction-Veo，ASIR-V）算法在疑似新冠肺炎患者行低劑量CT 掃描中的應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性分析2020 年1 月20 日至3月31 日我院發(fā)熱門診診斷疑似新冠肺炎患者80例，診斷標(biāo)準(zhǔn)參照國家衛(wèi)生健康委員會(huì)頒布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第六版）》［3］。將80 例根據(jù)隨機(jī)數(shù)字表法分為低劑量組和常規(guī)劑量組各40例。低劑量組男28 例，女12 例；年齡33～81 歲，平均（58.14±10.23）歲，體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）18.37～31.04 kg/m2，平均（24.52±4.47）kg/m2；掃描范圍205.02～290.13 mm，平均（263.18±32.95）mm。常規(guī)劑量組男25 例，女15 例；年齡35～79 歲，平均（55.23±8.71）歲；BMI 20.96～29.23 kg/m2，平 均（22.76±1.99）kg/m2；掃描范圍119.83～275.07 mm，平均（209.08±51.44）mm。所有患者均知情并自愿參加本研究，檢查前均簽署知情同意書，并經(jīng)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 儀器與方法 采用GE 256 排Revolution CT 掃描儀?；颊唠p側(cè)手臂舉過頭頂，采用仰臥位頭先進(jìn)，自頭側(cè)至足側(cè)掃描，掃描范圍從肺尖至肺底，掃描時(shí)囑患者吸氣后屏氣。低劑量組采用能譜掃描模式（110 kV）和80%ASIR-V 算法，掃描參數(shù)：使用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)，范圍80～200 mA；常規(guī)劑量組采用傳統(tǒng)掃描模式和濾波反投影算法（filtered back projection，F(xiàn)BP），掃描參數(shù)：120 kV，180～500 mA。其余參數(shù)均相同，掃描野Large Body，矩陣512×512，噪聲指數(shù)12.0，采用小焦點(diǎn)，轉(zhuǎn)速0.7 s/轉(zhuǎn)，探測器Z 軸覆蓋范圍80 mm，螺距0.992，層厚、層距均為5.0 mm；重建層厚、層距均為0.625 mm，重建方式為標(biāo)準(zhǔn)重建+肺重建，肺窗窗寬1 500 HU、窗位-500 HU，縱隔窗窗寬400 HU、窗位40 HU。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 主觀評(píng)價(jià) 由2 位高級(jí)職稱影像診斷醫(yī)師采用雙盲法對(duì)圖像進(jìn)行主觀評(píng)分，意見不一致時(shí)，協(xié)商達(dá)成一致。采用5 分制進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)［8］：5 分，優(yōu)，解剖結(jié)構(gòu)顯示較清楚，圖像清晰，無偽影；4 分，良好，解剖結(jié)構(gòu)顯示清楚，輕微偽影，滿足診斷要求；3分，一般，解剖結(jié)構(gòu)能辨認(rèn)，輕度偽影，不影響診斷；2分，差，解剖結(jié)構(gòu)顯示不清，能大致辨認(rèn)，中度偽影，不符合診斷要求；1 分，較差，解剖結(jié)構(gòu)無法辨認(rèn)，偽影較重，無法診斷。圖像質(zhì)量評(píng)分≥3 分，方可滿足診斷要求。

1.3.2 客觀評(píng)價(jià) 將原始掃描數(shù)據(jù)傳至AW 4.7 工作站，選擇胸廓入口處胸鎖乳突肌、T6水平胸主動(dòng)脈及肺底豎脊肌3 個(gè)層面無偽影、密度均勻區(qū)進(jìn)行測量，ROI 大小105 mm2。測量并記錄CT 值及其標(biāo)準(zhǔn)差，將CT 值大小作為信號(hào)強(qiáng)度值，SD 作為噪聲值，分別計(jì)算各個(gè)層面的SNR，SNR=CT 值/SD。

1.4 輻射劑量 根據(jù)劑量報(bào)告分別記錄2 組CT 劑量指數(shù)（volume CT dose index，CTDIvol）、劑量長度乘積（dose lenth product，DLP），并計(jì)算有效輻射劑量（effective dose，ED），ED=k×DLP，其中k 為歐洲CT 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南中的胸部轉(zhuǎn)換因子，成年人k 值取0.014 mSv/（mGy·cm）［9］。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料符合正態(tài)分布以表示，計(jì)數(shù)資料以百分比（%）表示。計(jì)算2 種掃描模式的診斷敏感度、特異度、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值及診斷符合率，并行χ2檢驗(yàn)。對(duì)2 組一般資料、圖像質(zhì)量及輻射劑量采用兩獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2 名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性行Kappa 檢驗(yàn)，K ≥0.75 為一致性較好；0.75>K≥0.4 為一致性一般；K<0.4 為一致性較差。

2 結(jié)果

2.1 2 組一般資料比較 2 組患者年齡、BMI 及掃描范圍差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.238，0.393，0.081；P=0.429，0.538，0.216），具有可比性。2.2 2 組圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.2.1 主觀評(píng)價(jià)比較 圖像質(zhì)量主觀評(píng)分低劑量組（4.34±0.28）分，常規(guī)劑量組（4.78±0.15）分，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.157，P=0.273）。2 組圖像病灶的形態(tài)、大小、邊界及密度等均顯示清晰（圖1，2）。2 名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)的一致性較好（K=0.81，P＜0.05）。

2.2.2 客觀評(píng)價(jià)比較 低劑量組與常規(guī)劑量組在胸廓入口處胸鎖乳突肌、T6水平胸主動(dòng)脈及肺底豎脊肌處的SNR 差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P>0.05）（表1）（圖1，2）。

表1 2 組圖像SNR 比較（）

表1 2 組圖像SNR 比較（）

2.3 診斷效能比較 以核酸檢測為診斷金標(biāo)準(zhǔn)，2組診斷疑似新冠肺炎的敏感度、特異度、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值及診斷符合率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P>0.05）（表2、3）。

表2 2 組診斷疑似新冠肺炎結(jié)果 例

表3 2 組對(duì)疑似新冠肺炎患者診斷效能比較 %（例/例）

2.4 2 組輻射劑量比較 低劑量組CTDIvol、DLP 及ED 均明顯低于常規(guī)劑量組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P<0.05）（表4）。

表4 2 組輻射劑量指標(biāo)比較（）

表4 2 組輻射劑量指標(biāo)比較（）

注：CTDIvol，CT 劑量指數(shù)；DLP，劑量長度乘積；ED，有效輻射劑量。

3 討論

新冠病毒屬于人類易感病毒，主要通過飛沫和密切接觸傳播，有學(xué)者［2］報(bào)道，在新冠肺炎患者的糞便中檢測到病毒核酸，因此也應(yīng)注意糞口傳播。新冠肺炎患者臨床早期主要表現(xiàn)為發(fā)熱、肌肉酸痛等，實(shí)驗(yàn)室檢查白細(xì)胞計(jì)數(shù)正?；驕p少，淋巴細(xì)胞比例減少，臨床表現(xiàn)缺乏特異性。DR 檢查雖輻射劑量較低，但漏診率較高，而新冠肺炎患者肺部CT 表現(xiàn)具有特征性，且其空間分辨率較高，屬于斷層成像，能夠避免因解剖結(jié)構(gòu)重疊而導(dǎo)致的漏診，較DR 更易于顯示微小病變，因此胸部CT 被推薦作為輔助診斷和篩查新冠肺炎的首選影像學(xué)檢查手段［10-11］。低劑量CT掃描在滿足圖像質(zhì)量的前提下，能最大限度地降低電離輻射對(duì)患者的危害，因此被應(yīng)用于新冠肺炎的檢查中。臨床主要通過降低管電壓、管電流、采用大螺距掃描和新的迭代重建算法等降低輻射劑量［12-13］。

研究［14-15］表明，降低管電壓和管電流診斷新冠肺炎，既可得到滿意的圖像質(zhì)量，又能降低患者輻射劑量。本研究采用能譜掃描模式和ASIR-V 算法降低管電流，利用單能量技術(shù)結(jié)合80%ASIR-V 算法降低輻射劑量。常規(guī)CT 掃描是混合能量圖像，而能譜掃描可獲取從40～140 keV 不同X 線能量的單能量圖像。單能射線能譜變窄，射線能量提高，使之更均勻，從而滿足低劑量CT 掃描的技術(shù)要求。另外，單能量圖像具有噪聲最低、組織結(jié)構(gòu)對(duì)比最好、解剖細(xì)節(jié)及病變細(xì)節(jié)顯示最清晰等特點(diǎn)，且高單能量圖像可增加不同組織結(jié)構(gòu)的對(duì)比，有利于等密度病變和小病灶的探查及發(fā)現(xiàn)［16］。有學(xué)者［17］報(bào)道，120 keV 單能量圖像對(duì)新冠肺炎患者病灶顯示最佳，與本研究結(jié)果相近。

降低管電壓和管電流，均可導(dǎo)致圖像噪聲增加、對(duì)比度降低及圖像質(zhì)量下降等。ASIR-V 算法是一種全新的迭代重建算法，根據(jù)噪聲、物體及物理三大結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行建模計(jì)算，降低圖像噪聲而獲得劑量優(yōu)勢。因此，在相同噪聲水平和圖像質(zhì)量條件下，掃描劑量可顯著降低。另外，ASIR-V 算法在保證空間分辨率的同時(shí)，增加密度分辨力，且運(yùn)算數(shù)據(jù)量小，重建速度快［18］。傳統(tǒng)的FBP 算法，雖然重建速度較快，但重建模型忽略了球管焦點(diǎn)、體素、探測器單元等因素，過于理想化，不能反映數(shù)據(jù)采集過程中的真實(shí)情況，且對(duì)原始數(shù)據(jù)需求量大，不可避免地增加了患者的輻射劑量。因此，通過降低管電壓或管電流無法獲得低噪聲、高質(zhì)量的圖像［19］。

本研究采用寬體探測器CT，單扇區(qū)時(shí)間分辨率29 ms，最快轉(zhuǎn)速可達(dá)0.28 s/轉(zhuǎn)，采用能譜掃描模式探測器Z 軸最大覆蓋范圍可達(dá)80 mm。因此，對(duì)重癥無法屏氣的新冠肺炎患者也能獲得良好的圖像質(zhì)量。本研究結(jié)果表明，圖像質(zhì)量主觀評(píng)分低劑量組與常規(guī)劑量組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），且2 名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)的一致性較好（K=0.81，P＜0.05）。本組胸廓入口處胸鎖乳突肌、T6水平胸主動(dòng)脈及肺底豎脊肌三處的SNR 差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P>0.05）。低劑量組診斷疑似新冠肺炎的敏感度、特異度、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值及診斷符合率與常規(guī)劑量組相近，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P>0.05）。低劑量組平均ED 為（2.27±0.82）mSv，較常規(guī)劑量組（5.74±0.98）mSv 降低約60.45%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），僅相當(dāng)于4～5 次X 線檢查的輻射劑量，符合低劑量CT 掃描標(biāo)準(zhǔn)［20］。

本研究不足之處：未將不同級(jí)別的單能量和ASIR-V 算法與常規(guī)劑量組進(jìn)行對(duì)比分析，得出既能降低輻射劑量又能滿足診斷要求圖像質(zhì)量的最佳組合，因此還有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，單能量技術(shù)（110 keV）結(jié)合80%ASIR-V 算法低劑量CT 掃描能夠在保證圖像質(zhì)量的前提下顯著降低輻射劑量，對(duì)新冠肺炎的篩查、輔助診斷及預(yù)后隨訪具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值，值得推廣使用。

圖1 男，56 歲，以發(fā)熱、呼吸困難3 d 就診，采用常規(guī)劑量傳統(tǒng)掃描模式和濾波反投影（FBP）算法，120 kV，180～500 mA 圖1a，1b 縱隔窗示圖像解剖結(jié)構(gòu)顯示良好；肺窗示右肺外帶多發(fā)斑片狀磨玻璃密度影，邊界清晰圖2 男，48 歲，以發(fā)熱4 d 就診，采用低劑量能譜掃描模式和多模型迭代重建（ASIR-V）算法，80～200 mA 圖2a，2b 縱隔窗示圖像解剖結(jié)構(gòu)顯示一般，噪聲增大，SNR 稍低；肺窗示右肺中葉片狀磨玻璃密度影，病灶形態(tài)、邊界、密度等均顯示清晰